Система охлаждения

2.1. Конструкция и принцип работы

В закрытых системах за счет применения паровоздушного клапана в процессе работы создается повышенное давление и жидкость закипает при 110-120ºС. Кроме того, значительно ниже интенсивность выкипания (расход жидкости в 6-8 раз меньше).

В свою очередь жидкостная система имеет ряд достоинств в сравнении с воздушной.

• Меньше затраты мощности на охлаждение (особенно на высоких оборотах).

• Значительно лучшее поглощение звуковых колебаний.

• Позволяет создать простую пожаробезопасную систему отопления автомобиля.

• Легко регулируется температура.

• Можно передавать тепло в определенном направлении (к впускному коллектору, к карбюратору и т.д.).

• Лучше наполнение цилиндров, а следовательно, выше мощность, за счет более низкого теплового режима (для карбюраторных ДВС).

• Меньше тепловая напряженность отдельных деталей.

Воздушная система охлаждения. Для мотоциклетного двигателя достаточно иметь оребренные поверхности цилиндров, обдуваемые встречным потоком воздуха. В автомобиле необходимо поток воздуха организовать вокруг цилиндров с помощью вентилятора-нагнетателя, кожухов и заслонок. Для лучшего прогрева и во избежание переохлаждения применяют термостатические регулирующие устройства. ДВС с воздушным охлаждением присуща повышенная неравномерность распределения температур в стенках и головке цилиндров. В связи с этим в конструкции обеспечивают достаточные сечения металла с высокой теплопроводностью и создают каналы достаточных размеров для прохода воздуха, располагают ребра в направлении тепловых потоков и устраняют зоны застоя. Форма и размеры ребер должны обеспечивать потребную отдачу тепла при минимальном аэродинамическом сопротивлении и быть достаточно прочными. В автотракторных ДВС ребра делают литыми из чугуна или алюминия.

Для регулирования теплового режима ДВС могут быть использованы также вентилятор, жалюзи, утеплительные чехлы для двигателя и системы предпускового подогревателя и электрофакельного подогрева воздуха (для дизелей). Вентилятор, создающий поток воздуха через радиатор, в зависимости от конкретной конструкции, может быть постоянно включенным или периодически включенным с помощью различных терморегулирующих устройств. Жалюзи, которые регулируют количество проходящего через радиатор воздуха, могут иметь ручное управление или автоматическое с помощью термостата.

Радиатор состоит из верхнего и нижнего бачков и сердцевины, в которой и происходит охлаждение жидкости. В верхнем бачке имеется горловина, закрываемая пробкой, через которую заливается жидкость. Внутрь бачка или в горловину впаяна пароотводная трубка, которая отводит пар из системы в случае закипания жидкости. В нижнем бачке или патрубке монтируется краник для слива жидкости. Сердцевины радиаторов бывают трубчато-пластинчатые (ВАЗ), трубчато-ленточные ( КамАЗ) и пластинчатые. В трубчато-пластинчатой сердцевине латунные трубки соединяют верхний и нижний бачки. Поперек трубок установлены тонкие латунные или алюминиевые пластины. В трубчато-ленточной сердцевине плоские трубки расположены рядами, между которыми впаяна гофрированная широкая медная лента. В пластинчатой сердцевине зигзагообразные плоские трубки спаяны между собой и располагаются на всю глубину сердцевины одним слоем. К верхнему и нижнему бачкам припаяны боковые стойки, соединенные пластиной, припаянной к нижнему бачку. Стойки и пластина образуют каркас радиатора, к которому иногда крепится кожух вентилятора (диффузор), способствующий увеличению скорости потока воздуха. Радиатор соединен с рубашкой охлаждения патрубками и гибкими шлангами, которые прикреплены к патрубкам стяжными хомутами. Такое соединение допускает относительное перемещение радиатора и двигателя. Пробка радиатора унифицирована для большинства отечественных автомобилей, имеет паровой и воздушный клапаны. Паровой клапан выпускает пар в атмосферу при давлении 0,14-0,20МПа. При остывании двигателя в системе создается разрежение. Для предотвращения повреждения радиатора при разрежении в 0,001-0,01МПа открывается воздушный клапан.

В автомобиле ГАЗ-3102 радиатор трубчато-ленточный, алюминиевый, с горизонтальным расположением трубок и охлаждающих пластин имеет вертикальное расположение бачков. Бачки радиатора входной (правый) и выходной (левый) – штампованные из алюминия, разъемной конструкции, подсоединяются к опорным пластинам сердцевины радиатора по боковым фланцам болтами и гайками, а по продольным фланцам – зажимными планками. Расширительный бачок устанавливают в максимально холодном месте в моторном отсеке, но не ниже уровня верхнего бачка радиатора. Пар с жидкостью, выходящий из радиатора, при закипании, проходя через жидкость в расширительном бачке, конденсируется и таким образом сохраняется количество охлаждающей жидкости в системе. На легковых автомобилях расширительные бачки изготавливают из полупрозрачной пластмассы. Это позволяет контролировать уровень охлаждающей жидкости в системе. На автомобиле КамАЗ расширительный бачок металлический. Для контроля уровня жидкости он снабжен специальным краником.

Вентилятор служит для создания воздушного потока через радиатор и устанавливается сзади его перед двигателем. По числу лопастей бывают 2-, 4-, 6-, и 8-лопастные вентиляторы. Лопасти изготавливают из листовой стали штамповкой и крепят на ступице шкива. На легковых автомобилях привод вентилятора объединен с приводом водяного насоса и осуществляется с помощью клиновых ремней. Натяжение ремней регулируется положением генератора. При таком приводе иногда применяется электромагнитная муфта отключения вентилятора (ГАЗ-24). На дизелях ЯМЗ-236, 238 вентилятор приводится зубчатой передачей от распределительного вала. Для устранения жесткой связи вентилятор закреплен на резиновой муфте. На автомобиле ВАЗ-2103 вентилятор вращается специальным электродвигателем, который включается в соответствии с температурой двигателя отдельным термодатчиком. На автомобиле КамАЗ в приводе вентилятора применена гидромуфта, которая передает крутящий момент от коленвала к вентилятору в зависимости от теплового режима двигателя и гасит инерционные нагрузки при резком изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя.

На двигателях с принудительным жидкостным охлаждением устанавливаются центробежные насосы большой производительности, создающие избыточное давление на линии нагнетания от 0,05 до 0,2 МПа. Насос в двигателе автомобиля ГАЗ-3102 состоит из корпуса 4, крышки 7, подшипника с валиком в сборе 3, крыльчатки 8, сальника 9 и ступицы 1 (рис. 3.2). Обойма подшипника в корпусе стопорится фиксатором 2. Подшипник отделен от полости с охлаждающей жидкостью самоподвижным сальником. Сальник состоит из корпуса и вмонтированных в него уплотняющей шайбы и резиновой манжеты с вставленной внутрь ее разжимной пружиной. Жидкость, просачивающая через сальник, не попадает в подшипник, а вытекает через водосбросную канавку 10 наружу. Аналогичную конструкцию насоса с подшипником без внутренней обоймы и с сальником, скользящим по обработанной поверхности крыльчатки, имеют двигатели ВАЗ. На насосах двигателей ВАЗ крыльчатка целиком изготавливается из чугуна. На двигателе ГАЗ-3102 крыльчатка изготовлена из пластмассы с металлической втулкой в центре. Смазка подшипника (ЛИТОЛ-24) в процессе эксплуатации не пополняется. На других автомобилях (ЗИЛ-13Л, ГАЗ-53 и другие) валик вращается в двух однорядных подшипниках. Самоподвижный сальник аналогичной конструкции вращается вместе с крыльчаткой и поджимается графитизированной шайбой к обработанной поверхности в корпусе насоса. Смазка в полости между подшипниками пополняется через масленку.

Термостат является терморегулирующим элементом и в зависимости от температуры охлаждающей жидкости обеспечивает подключение или отключение радиатора в системе охлаждения. Термостаты бывают жидкостные и с твердым наполнителем (рис. 3.3). Жидкостный термостат состоит из гофрированного цилиндра 3, заполненного легкокипящей жидкостью, корпуса 4 с окнами 8, основного 6 и перепускного 5 клапанов. При повышении температуры охлаждающей жидкости свыше 70ºС жидкость в гофрированном цилиндре закипает и давление в нем повышается. Под действием давления клапан 6 поднимается, открывая доступ охлаждающей жидкости в радиатор по патрубку 7. Одновременно поднимается перепускной клапан 5, постепенно перекрывая окно 8 и прекращая доступ охлаждающей жидкости в перепускной клапан 2. При понижении температуры за счет упругости гофрированного цилиндра происходит возврат клапанов в исходное положение. Термостаты с твердым наполнением состоят из медного баллона 9, заполненного активной массой 10, состоящей из церезина (нефтяного воска), перемешанного с медным порошком или с алюминиевой пудрой. Баллон закрыт крышкой 12 с резиновой мембраной 11. На мембрану опирается шток 14, который соединен шарнирно с заслонкой 15, установленной на шарнирной опоре в горловине 17 водяного патрубка. При достижении охлаждающей жидкостью температуры 70-85ºС церезин в баллоне плавится и, увеличивая свой объем, перемещает шток 14 с резиновым буфером 13 вверх, открывая заслонку 15. Охлаждающая жидкость циркулирует через радиатор. Подобную конструкцию имеет термостат двигателя автомобиля ЗИЛ-130. Термостаты двигателей ВАЗ и аналогичные им двигателей ГАЗ-3102 имеют двухклапанную конструкцию.

Жалюзи, устанавливаемые на большинстве автомобилей, состоят из вертикальных пластин, укрепленных шарнирно вверху и внизу впереди радиатора. Поворот пластин с целью изменения количества воздуха, проходящего через сердцевину радиатора, и, следовательно, регулирование температуры охлаждающей жидкости осуществляется рукояткой места водителя. На автомобилях ВАЗ вместо жалюзи применяется местный утеплитель радиатора. На легковых автомобилях больших классов типа ЗИЛ иногда применяют автоматическое управление жалюзи при помощи термочувствительного элемента, установленного в бачке радиатора.

Температуру жидкости в системе охлаждения контролируют дистанционным термометром, приемник которого расположен в кабине водителя. Датчики могут быть расположены в водораспределительной коробке (дизель КамАЗ), в водяном канале впускного трубопровода (ГАЗ-53А, ЗИЛ-130), головке блока (ГАЗ-24). Иногда устанавливают датчик-сигнализатор, расположенный в верхнем бачке радиатора, и связанную с ним сигнальную лампу на щитке приборов, загорающуюся при t=104-109ºС.

В качестве охлаждающей жидкости в теплое время года можно применять чистую «мягкую» воду, причем частая замена воды в системе охлаждения нежелательна. В холодное время года (а на некоторых автомобилях круглогодично) в качестве охлаждающей жидкости применяют замерзающие при низкой температуре жидкости на основе ТОСОЛ-А. При переходе на использование в системе охлаждения этих низкозамерзающих жидкостей следует помнить, что они более жидкотекучи, чем вода, и во избежание появление течи систему охлаждения необходимо дополнительно проверить и герметизировать. ТОСОЛ-А по ТУ-6-09-550-70 – это концентрированный этиленгликоль с антикоррозионными и антивспенивающими присадками. ТОСОЛ-А и его водные растворы очень ядовиты. Температуру замерзания смеси жидкости ТОСОЛ-А с водой можно определить по его плотности.

НаименованиеМинимальная температура воздуха-40ºС-65ºСНизкозамерзающая жидкость

Состав (по объему), %

ТОСОЛ-А

Чистая вода

Цвет

Плотность при 20ºС, г/см³ТОСОЛ-А 40

56

44

голубой

1,077-1,055ТОСОЛ-А 65

65

35

красный

1,085-1,095Температура -40ºС и -65ºС для жидкостей соответственно ТОСОЛ-40А и ТОСОЛ-А65 является температурой начала кристаллизации, т.е. охлаждающая жидкость превращается в густую массу, похожую на крупнозернистый снег. Деформаций и разрушений в этом случае в системе охлаждения не происходит.

Для облегчения пуска двигателя при низких температурах применяют предпусковые подогреватели, которые нагревают охлаждающую жидкость и масло в двигателе и обеспечивают надежный запуск двигателя при температурах до -25ºС. В дизелях, кроме того, применяют электрофакельный подогрев воздуха.